CN1790366B - 一种用于rfid系统的多电子标签检测防冲突方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于RFID系统的多电子标签检测防冲突方法。根据本发明的基本构思，使用一个M+N位比特寄存器，利用高M位把标签分为子集；利用低N位的作概率均等的退避算法来读取子集中的标签，并通过高位和低位之间进位的巧妙处理，避免了冲突避让算法中因为时隙随机选择带来的分布不均匀的问题。在电子标签上实现该方法时(以寄存器为8位为例)，如果在电子标签端配置1个8比特寄存器、1个1比特“0”、“1”随机数产生器和2个4位加减一计数器以及少量选择电路，就能实现最多达1048576个标签的仲裁。本发明的防冲突算法在保障完成基本功能的前提下，大大简化了电路复杂度和规模。本技术方案结构简单、复杂度低，非常适合在RFID系统中应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于RFID系统的多标签检测防冲突方法。
背景技术
无线射频识别系统(RFID)是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)的传输特性，实现对被特定物体的自动识别。RFID技术可以追溯至第二次世界大战期间。后来发展应用到铁路，军队的货物跟踪，甚至将其应用于宠物识别上。在过去的半个多世纪里，RFID的发展经历了从技术探索，试验研究至商业应用，标准化建立等几个重要阶段。从现有发展趋势看，RFID将构建虚拟世界与物理世界的桥梁。可以预见在不久的将来，RFID技术不仅会在各行各业被广泛采用，最终RFID技术将会与普适计算技术相融合，对人类社会产生深远影响。
无线射频识别系统一般电子标签和读写器两个部分组成，读写器具有同时读取多个电子标签的功能。在多个标签对一个读写器的RFID系统中，多个标签经常会同时向读写器传输数据，这就要求RFID系统建立一种仲裁机制来避免数据发生碰撞。考虑到电子标签本身尺寸、能耗的限制，防冲突机制在保障功能的同时还要求尽量简单易行，这正是RFID系统设计的挑战之一。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种适用于RFID系统的多标签检测防冲突方法。与现有技术相比，本发明防冲突算法在保障完成基本功能的前提下，大大简化了电路复杂度和规模。本技术方案结构简单、复杂度低，非常适合在RFID系统中应用。
根据本发明，提供了一种用于RFID系统的多电子标签检测防冲突方法，所述方法包括步骤：
(1)在所述RFID系统的电子标签中设置一个M+N位的寄存器和1个1比特“0”、“1”随机数产生器，其中M、N是大于零的整数；
(2)当读写器初始化电子标签时，电子标签从等待态进入仲裁态，并将寄存器的低N位清零，然后所述随机数产生器产生M个1比特随机数存入寄存器的高M位；高M位全为零的电子标签由所述随机数产生器产生一个1比特的随机数并加到寄存器中；
(3)寄存器为全0的电子标签回传所述电子标签的标识；
(4)如果多个电子标签同时回传数据，则冲突发生，发生冲突后，寄存器高M位为0而低N位不为零的电子标签的寄存器加1，寄存器中的M+N比特全为0的电子标签利用随机数产生器产生一个1比特随机数并加到寄存器中，如果寄存器作加法后仍为全零，则继续回传所述电子标签的标识；如果回传时不发生碰撞，电子标签进入确认态，其他寄存器高M位为0的电子标签仅把寄存器低N位减1后回到步骤(3)；
(5)当寄存器高M位全为0的电子标签全部回传完标识，则所有其他电子标签把寄存器高M位减1，低N位清0后回到步骤3。
优选地，步骤(4)还包括步骤：
如果当前只有一个电子标签回传标识，并且读写器正确读取所述标识时，发送确认命令，附加命令参数“低位减一”；回传了标识的电子标签接收到这个命令后，进入确认态，其他高M位为全零的电子标签Re1低N位减1，并且回到步骤(3)重复操作；
如果当前没有电子标签回传标识，读写器等待一定时间后发送确认命令，附加命令参数“低位减一”；所有在仲裁态且高M位为全零的电子标签寄存器低N位减1，并且回到步骤(3)重复操作。
优选地，其中，当前没有电子标签回传标识的操作，还包括步骤：如果读写器回传L次确认命令，没有电子标签回传标识，读写器认为所有在仲裁态且寄存器高M位为零的电子标签都已经被正确读取，则发送确认命令，附加命令参数“高位减一”，其中L是一个由系统设定的系统参数。
优选地，步骤(5)还包括步骤：
电子标签接收到附加“高位减一”参数的确认命令后，所有寄存器高M位不为零的电子标签高M位减一，回到步骤(3)重复操作；在被要求高位减一前已为零的电子标签则回到等待态；
当读写器发送附加“高位减一”参数的确认命令一定次数后，读写器认为所有在仲裁态的电子标签都已经被正确读取，则仲裁过程停止，所有还处于仲裁态的电子标签返回等待态。
在本发明中，处于等待态的电子标签能够进入仲裁态，处于仲裁态的电子标签能够返回等待态，处于仲裁态的电子标签能够进入确认态，处于确认态的电子标签不能返回仲裁态，并且确认态和等待态不能直接转移。
在本发明中，低N位作加法时，可以向高M位进位；而低N位作减法时，则不能向高M位借位。
在本发明中，被仲裁的标签数的最大值是
根据本发明的基本构思，使用一个M+N位比特寄存器，利用高M位把标签分为子集；利用低N位的作概率均等的退避算法来读取子集中的标签，并通过高位和低位之间进位的巧妙处理，避免了冲突避让算法中因为时隙随机选择带来的分布不均匀的问题。在电子标签上实现该方法时(以寄存器为8位为例)，如果在电子标签端配置1个8比特寄存器、1个1比特“0”、“1”随机数产生器和2个4位加减一计数器以及少量选择电路，就能实现最多达1048576个标签的仲裁。
附图说明
图1是本发明中电子标签采用的实现仲裁功能的电路结构框图。
具体实施方式
在发明中，等待态是指电子标签上电后的初始状态；仲裁态是指未被读写器鉴别的电子标签开始响应读写器时进入的状态；确认态是指已被读写器鉴别的电子标签进入的状态。
而且，电子标签状态转移规则如下：上电后电子标签进入等待态；处于等待态的电子标签可以进入仲裁态；处于仲裁态的电子标签可以返回等待态；处于仲裁态的电子标签可以进入确认态；处于确认态的电子标签不能返回仲裁态；确认态和等待态不能直接转移。
具体地说，本发明提供了一种适用于RFID系统的多标签检测防冲突方法，所述方法包括步骤：
(1)在所述RFID系统的被动方-标签中设计一个M+N位的寄存器(Re1)和1个“0”、“1”随机数产生器(RG1)，如图1所示；
(2)在所述RFID系统的主动方-读写器向所有处在等待态的标签发送初始化命令。标签因此进入仲裁态，用RG1产生M比特随机数，加载到Re1高M位，低N位全部清零。
(3)读写器等待一定时间后发送允许回传命令；
(4)Re1为全零的标签向读写器回传标签ID(ID是指电子标签的唯一标识，在不同的编码系统中有不同的含义)；
(5)如果当前只有一个标签回传ID，读写器正确读取该ID，则发送确认命令，附加命令参数“低位减一”。回传了ID的标签接收到这个命令后，进入确认态，其他高M为全零的标签Re1低N位减1，回到步骤(4)重复操作；
(6)如果当前有多个标签回传ID，读写器通过CRC校验或码长校验，检测到错误的ID号，则发送确认命令，附加命令参数“寄存器加1”。接收到读写器这个命令后，所有在仲裁态且Re1为全零的标签由RG1产生1比特随机数和寄存器上的数相加后重新载入到寄存器中；其他仲裁态且Re1高M为零而低N位不为零的标签Re1加一，回到步骤(4)重复操作；
(7)如果当前没有标签回传ID，读写器等待一定时间后发送确认命令，附加命令参数“低位减一”。所有在仲裁态且高M为全零的标签Re1低N位减1，回到步骤(4)重复操作；
(8)如果读写器回传L(L是一个系统参数，由系统设定)次确认命令，没有标签回传ID，读写器认为所有在仲裁态且Re1高M位为零的标签都已经被正确读取，则发送确认命令，附加命令参数“高位减一”；
(9)标签接收到附加“高位减一”参数的确认命令后，所有Re1高M位不为零的标签高M位减一，回到步骤4重复操作；在被要求高位减一前已为零的标签则回到等待态；
(10)当读写器发送附加“高位减一”参数的确认命令一定次数后，读写器认为所有在仲裁态的标签都已经被正确读取，则仲裁过程停止，所有还处于仲裁态的标签返回等待态。
图1是本发明中电子标签采用的实现仲裁功能的电路结构框图，以Re1为8位为例，M＝N＝4。加法器ADD1和ADD2的加减功能的根据读写器命令来设定。当执行加法操作时，低4位的ADD2需向高4位的ADD1进位；当执行减法操作时，两个器件ADD1和ADD2相互独立。加法器工作在同步状态，工作时钟为电子标签的最大时钟。
本发明的防冲突算法在保障完成基本功能的前提下，大大简化了电路复杂度和规模。本技术方案结构简单、复杂度低，非常适合在RFID系统中应用。
Claims (8)
1.一种用于RFID系统的多电子标签检测防冲突方法，所述方法包括步骤：
(1)在所述RFID系统的电子标签中设置一个M+N位的寄存器和1个1比特“0”、“1”随机数产生器，其中M、N是大于零的整数；
(2)当读写器初始化电子标签时，电子标签从等待态进入仲裁态，并将寄存器的低N位清零，然后所述随机数产生器产生M个1比特随机数存入寄存器的高M位；高M位全为零的电子标签由所述随机数产生器产生一个1比特的随机数并加到寄存器中；
(3)寄存器为全0的电子标签回传所述电子标签的标识；
(4)如果多个电子标签同时回传数据，则冲突发生，发生冲突后，寄存器高M位为0而低N位不为零的电子标签的寄存器加1，寄存器中的M+N比特全为0的电子标签利用随机数产生器产生一个1比特随机数并加到寄存器中，如果寄存器作加法后仍为全零，则继续回传所述电子标签的标识；如果回传时不发生碰撞，电子标签进入确认态，其他寄存器高M位为0的电子标签仅把寄存器低N位减1后回到步骤(3)；
(5)当寄存器高M位全为0的电子标签全部回传完标识，则所有其他电子标签把寄存器高M位减1，低N位清0后回到步骤(3)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(4)还包括步骤：
如果当前只有一个电子标签回传标识，并且读写器正确读取所述标识时，发送确认命令，附加命令参数“低位减一”；回传了标识的电子标签接收到这个命令后，进入确认态，其他高M位为全零的电子标签寄存器低N位减1，并且回到步骤(3)重复操作；
如果当前没有电子标签回传标识，读写器等待一定时间后发送确认命令，附加命令参数“低位减一”；所有在仲裁态且高M位为全零的电子标签寄存器低N位减1，并且回到步骤(3)重复操作。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，当前没有电子标签回传标识的操作，还包括步骤：
如果读写器回传L次确认命令，没有电子标签回传标识，读写器认为所有在仲裁态且寄存器高M位为零的电子标签都已经被正确读取，则发送确认命令，附加命令参数“高位减一”，其中L是一个由系统设定的系统参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(5)还包括步骤：
电子标签接收到附加“高位减一”参数的确认命令后，所有寄存器高M位不为零的电子标签高M位减一，回到步骤(3)重复操作；在被要求高位减一前已为零的电子标签则回到等待态；
当读写器发送附加“高位减一”参数的确认命令一定次数后，读写器认为所有在仲裁态的电子标签都已经被正确读取，则仲裁过程停止，所有还处于仲裁态的电子标签返回等待态。
5.根据权利要求1所述的方法，其中处于等待态的电子标签能够进入仲裁态，处于仲裁态的电子标签能够返回等待态，处于仲裁态的电子标签能够进入确认态，处于确认态的电子标签不能返回仲裁态，并且确认态和等待态不能直接转移。
6.根据权利要求1所述的方法，其中低N位作加法时，可以向高M位进位；而低N位作减法时，则不能向高M位借位。
7.根据权利要求1所述的方法，被仲裁的标签数的最大值是
8.根据权利要求1所述的方法，其中M＝N＝4。
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